林華忠

(將樂國有林場，福建 將樂 353300)

生物量和生產(chǎn)力作為生態(tài)系統(tǒng)中積累的植物有機物總量，是整個生態(tài)系統(tǒng)運行的能量基礎(chǔ)和營養(yǎng)物質(zhì)來源[1]。作為陸地生態(tài)系統(tǒng)重要碳庫，森林生態(tài)系統(tǒng)占整個陸地生態(tài)系統(tǒng)地上碳庫的80%[2]，因此，森林生態(tài)系統(tǒng)生物量的研究在全球碳循環(huán)中起關(guān)鍵作用，獲取準確的森林生物量是研究森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的基礎(chǔ)，對深入研究森林生態(tài)系統(tǒng)生物地球化學循環(huán)、碳匯功能、評價人工林生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力與環(huán)境因子之間的關(guān)系具有重要的科學價值[3]。

杉木、馬尾松構(gòu)成了中國南方人工林的主體，南方10省區(qū)杉木、馬尾松林分別占該區(qū)域全部人工林的近30%、40%[4]。根據(jù)將樂國有林場二類調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，杉木、馬尾松面積分別約占林場有林地面積的48.3%、30.7%，雖然將樂林場也有相關(guān)生物量和碳儲量的研究報道，但是系統(tǒng)地對林場在固碳角度所發(fā)揮的生態(tài)效益的研究較少。本研究以杉木和馬尾松的標準木生物量數(shù)據(jù)以及二類調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對林場針葉林的固碳效益進行分析，以期對以主要發(fā)揮經(jīng)濟效益的林場經(jīng)營過程提供生態(tài)效益數(shù)據(jù)，為林場的可持續(xù)經(jīng)營和多功能經(jīng)營提供參考。

1　研究地概況

研究區(qū)位于福建省三明市將樂縣境內(nèi)的將樂國有林場，將樂縣(117°05′—117°40′E、26°26′—27°04′N)位于福建省西北部，屬于中亞熱帶季風區(qū)，具有海洋性和大陸性氣候特點。境內(nèi)地勢復雜，以中、低山為主，森林資源豐富，森林覆蓋率達84.5%，林木蓄積量1598萬m3。將樂國有林場地處武夷山脈東南麓、金溪河畔，為低丘陵地帶，最高海拔1203 m，最低海拔140 m，年均氣溫18.7 ℃，年均降水量1669 mm，年均蒸發(fā)量1204 mm，年無霜日287 d。土壤以紅壤為主，并分布有黃紅壤，土層深厚，土壤肥沃，適宜培育以杉木、馬尾松為主的用材林和鄉(xiāng)土珍貴樹種。林場有林地面積6469.3 hm2，其中針葉林面積5114.3 hm2，杉木面積為3126.7 hm2，約占林場有林地面積的48.3%；馬尾松面積1987.5 hm2，約占林場有林地面積的30.7%。

2　研究方法

2.1　資料收集與整理

2012—2014年在將樂國有林場，對主要針葉樹種杉木、馬尾松人工林根據(jù)幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林、過熟林5個齡級分別設(shè)置標準地，其中馬尾松設(shè)置6塊標準地，杉木設(shè)置8塊標準地，標準地面積為600 m2，林分基本特征因子見表1。對樣地內(nèi)林木在每木調(diào)查的基礎(chǔ)上，每塊標準地分別選取2～3株平均標準木，共選取39株標準木。

表1　標準地基本信息

2.2　各器官生物量測定

用分層切割法分別實測樹干、樹皮、樹枝、樹葉鮮質(zhì)量，將標準木樹干從基部開始按1 m分段，測得每一段樹干的帶皮鮮重，并截取圓盤作為樣品，剝?nèi)A盤的樹皮稱鮮重作為樹皮生物量的樣本，估算全段的樹皮鮮重。將樹干及樹皮生物量樣品在85 ℃恒溫烘干至恒重后稱重，計算含水率。將每段樹干上的活枝、枯枝全部稱重后，按活枝基徑和長度選取3～5個標準枝稱鮮重，將標準枝的枝、葉分離并分別稱鮮重；取少量活枝、枯枝及針葉樣品在85 ℃恒溫烘干至恒重后稱重，計算含水率。根系生物量測定采用全收獲法，將根系分為細根、中根、粗根和大根4個等級，依次按0～10、11～20、21～30、31～40、40 cm以下5個土層分層分級稱根系的鮮重并取樣，樣品在85 ℃恒溫烘干至恒重后稱重，計算含水率。根據(jù)各器官的含水率及鮮重估算生物量[5]。

2.3　林分生物量及碳儲量的測算

由于標準木生物量與林木胸徑、樹高有極強的相關(guān)性，根據(jù)標準木調(diào)查數(shù)據(jù)，以D(胸徑)、H(樹高)、D2H為變量[5-6]，選用常用的生物量模型W=aDb、W=aDbHc和W=a(D2H)b，以偏差(Bias)、均方根誤差(RMSE)和調(diào)整后的決定系數(shù)(adj-R2)為模型檢驗指標[7]，選取最優(yōu)模型，求得標準木各部分生物量模型，根據(jù)標準地調(diào)查的相關(guān)數(shù)據(jù)，進而求得林分生物量，并乘以各組分的含碳率求得林分碳儲量(杉木各器官的含碳率以方晰等[8]所測定的湖南會同的杉木林分各器官含碳率為準，馬尾松各器官含碳率以郭文清[9]所測定的湖南會同和懷化的馬尾松平均含碳率為準)。

3　結(jié)果與分析

3.1　杉木生物量擬合

通過對杉木標準木生物量模型擬合，以偏差(Bias)、均方根誤差(RMSE)和調(diào)整后的決定系數(shù)(adj-R2)為模型指標選取各器官生物量的最優(yōu)模型，結(jié)果見表2。

表2　杉木生物量最優(yōu)模型

Bias和RMSE表征模型預測值與實測值的差別，adj-R2的大小決定預測值與實際值相關(guān)的密切程度，Bias和RMSE的值越接近0而adj-R2的值越接近1，說明模型的精度越高，模型的參考價值越高。從表2可以看出，杉木不同器官的生物量最優(yōu)模型不同，樹干、樹皮和樹根的生物量模型以W=aDbHc的擬合效果最好，樹枝和樹葉的生物量以W=a(D2H)b的擬合效果最佳。

3.2　馬尾松生物量擬合

通過對馬尾松標準木生物量模型擬合，以偏差(Bias)、均方根誤差(RMSE)和調(diào)整后的決定系數(shù)(adj-R2)為模型指標選取各器官生物量的最優(yōu)模型，結(jié)果見表3。從表3可以看出，馬尾松不同器官的生物量最優(yōu)模型不同，樹干、樹枝的生物量模型以W=aDbHc的擬合效果最好，樹皮和樹葉的最優(yōu)模型為W=aDb，樹根生物量的最優(yōu)模型為W=a(D2H)b。

表3　馬尾松生物量最優(yōu)模型

3.3　針葉林生物量計算

根據(jù)將樂國有林場2010年的二類調(diào)查數(shù)據(jù)，參照杉木和馬尾松的各器官生物量最優(yōu)模型，推算林場主要針葉林的生物量，計算結(jié)果見表4。

表4　將樂國有林場針葉林生物量分配

從表4可以看出，杉木生物量為393898.05 t，其中樹干生物量為206025.70 t，占總生物量的52.30%；樹皮生物量為34539.02 t，占總生物量的8.77%；樹枝生物量為48182.18 t，占總生物量的12.23%；樹葉生物量為26047.60 t，占總生物量的6.61%；樹根生物量為79103.60 t，占總生物量的20.08%。馬尾松生物量為516985.30 t，其中樹干生物量為262229.02 t，占總生物量的50.72%；樹皮生物量為37953.15 t，占總生物量的7.34%；樹枝生物量為129472.27 t，占總生物量的25.04%；樹葉生物量為27490.52 t，占總生物量的5.32%；樹根生物量為59840.35 t，占總生物量的11.57%。

3.4　針葉林碳儲量計算

根據(jù)方晰等[8]、郭文清[9]的含碳率測定結(jié)果，杉木各器官的含碳率分別是樹干0.4744，樹皮0.5003，樹枝0.4605，樹葉0.4916，樹根0.4724；馬尾松各器官的含碳率分別是樹干0.5029，樹皮0.4523，樹枝0.4828，樹葉0.5959，樹根0.4919。推算將樂林場針葉林的碳儲量，結(jié)果見表5。

表5　將樂國有林場針葉林碳儲量

從表5可以看出，樹干的固碳量最大，杉木樹干的固碳量為97738.57 t，占比為51.66%；馬尾松的樹干固碳量為131874.97 t，占比為51.24%，均超過總固碳量的50%。樹葉的固碳量最少，只占總固碳量6.37%～6.50%，杉木樹根的固碳量為39575.53 t，占總固碳量的20.92%；馬尾松樹枝的固碳量為62509.21 t，占比為24.29%。杉木的總固碳量為189210.56 t，馬尾松的總固碳量為257367.46 t，將樂林場2種針葉樹種的固碳量為446578.02 t。

4　結(jié)論與討論

本研究根據(jù)杉木、馬尾松的標準木生物量數(shù)據(jù)，以常見的生物量模型對2種針葉樹種的各器官生物量進行擬合，并以偏差(Bias)、均方根誤差(RMSE)和調(diào)整后的決定系數(shù)(adj-R2)為模型檢驗指標，選取最優(yōu)模型，根據(jù)二類調(diào)查數(shù)據(jù)，對將樂林場針葉林的生物量進行估算。林場針葉林總生物量為910883.35 t，其中杉木生物量為393898.05 t，馬尾松生物量為516985.30 t，并以2種樹種各器官的固碳率對林場針葉林的固碳能力進行估算，將樂林場針葉林總固碳量為446578.02 t，杉木總固碳量為189210.56 t，馬尾松總固碳量為257367.46 t。其中均以樹干的固碳量最大，杉木的樹干固碳量為97738.57 t，占杉木固碳總量的51.66%；馬尾松樹干固碳量為131874.97 t，占馬尾松總固碳量的51.24%。

在以發(fā)揮經(jīng)濟效益為主體的將樂林場的經(jīng)營過程中，本研究從森林固碳的角度出發(fā)，對將樂林場所發(fā)揮的生態(tài)效益進行估算，但僅是推算主要針葉樹種的生態(tài)效益，并沒有對林場所有樹種的固碳能力都進行分析，同時也僅僅采用二類調(diào)查的數(shù)據(jù)，沒有采取連續(xù)的數(shù)據(jù)對林場碳儲量動態(tài)變化進行分析，還有待進一步深入研究。

參考文獻：

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